确定热交换系统的行为


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我正在尝试开发一种热电(基于珀尔帖瓷砖的)饮料冷却系统。理想情况下,如果热力学给我任何信心,我还希望有一种解决热啤酒问题的设备。

首先,我将从理论意义上详细说明我的思想流,然后我将要想到的是我的特定设置。

显然,如果将100 W,10%效率的Peltier瓷砖浸入298 K的一杯水中(也就是说,确切地包含10 mol),如果假定容器系统本质上是绝热的,则将温度降至274 K(大约35°F)需要:

Q=CpΔŤ=180.2×4.1813×24=18083.3Ĵ

然后,由于效率使标称“传热”功率为10 W:

Ť=18083.3Ĵ10Ĵ/小号=1808.33小号

因此,冷却大约需要30分钟才能将玻璃冷却下来,如果您认为一杯水与绝热行为没有紧密结合,则需要花费更多时间。

实际设置(如下图所示)

实验装置

现在,显然这里要考虑四组值:

  • 饮料本身的比热和导热率
  • 假设饮料可以用熔融石英来表征,则可以很容易地估算出盛有饮料的玻璃容器的比热和导热率。
  • 公认的输水流体的比热和导热率
  • 6061铝制工作室的比热和导热率再次得到公认

我的问题是如何为每个步骤之间的转换建立系统模型并进行模型计算,因此,例如,求解方程式,以便知道如果使用给定的Peltier瓦特累积瓦数,它将降低系统温度在一定的时间内按给定的数量。

和以前一样,出于讨论的目的,我愿意承认该系统相对于外部环境是绝热的。也就是说,在冷却过程中不会从环境吸收热量。


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您会错过给定温度下,pelier冷却器在其热侧会散发出多少热量。
2015年

我并没有错过,我只是对制作模型的一部分不感兴趣。实际上,一旦热量转移到Peltier冷却器上,我不介意发生什么事情,只要它不向后退即可。为了便于讨论,我计划以比瓷砖从系统中吸收能量的速率高得多的速率来冷却瓷砖。
ecfedele,2015年

在冷却方面,FWIW的“优值”将是散热器的K / W(每瓦温差)额定值。即使您目前不希望考虑它,它也不是现实世界问题中的重要部分。排出的热能约为110瓦。所需的增量T为24K。对于给定的外部环境散热器,散热器上的每K降落都超出了冷却预算。要在HS处获得1度K增量,您需要0.01 K / W HS,这几乎是不可能的。某处在0.01 - 0.1 K / W范围变得可以想象但即使是0.1 K / W HS是比你会得到被动....
拉塞尔麦克马洪

...无需繁琐的金属加工。因此,您被吹向东部的空气,可能是流体循环,也可能是热管,将能量传递到HS可以到达的位置。所有这些都是如果您希望HS被有效地忽略。凡人通常会接受更高的增量T并将其纳入要求。| 建模的起点是“不太差”,它是将热路径的每个部分建模为等效热阻,其中Rth与kt / A成比例(t =材料的厚度,A =面积,k =基于材料的常数。我怀疑..
罗素·麦克马洪

....铝桶的影响可忽略不计,玻璃只要达到合理的厚度就不会像您预期的那么糟糕,并且水的非均质性可能比耐热性更重要-即,如果您确实提供半无限冷却然后搅拌水可能是有道理的。| 手指在空气中的感觉暗示水与目标流体之间存在几度的差异(取决于冷却阶段,为1至10)。| 我尚未看到完成的操作-但我想是的,是使用堆管道使Peltier很酷,属于它所属的位置。如果您被允许打开....
罗素·麦克马洪

Answers:


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珀耳帖板的额定功率为两个。一个是功耗,另一个是当温度差为零时在芯片上传输的热量。一个重要的注意事项是,在整个板上传输的热量取决于整个板上的温度差。

珀耳帖图

图片提供:http : //www.heatsink-guide.com/peltier.htm

以上面的图表为例,如果珀尔帖板的热侧未连接到散热器,则它将迅速加热到比饮料机高70度的温度,并且热量将停止向外流动。到那时,如果该板的效率为10%,它仍将产生约400W的热量。该热量将在芯片的热侧*上产生,但这意味着没有某种散热器,热侧将迅速变得比饮料单元高出70度甚至更高,并且热量将开始回流到饮料单元中,加热而不是冷却。

因此,饮料“冷却”单元上的散热器对于系统冷却(或加热)饮料的程度非常非常重要,并且在没有任何信息的情况下,我猜想您的系统会加热饮料。

*热量实际上是在整个芯片中产生的,但会与其他热量一起转移出去,并且补偿了该图以说明这种额外的热量转移,并且仅显示了热量从冷侧转移走了。


嗯,因此整个系统的性能仅与珀尔帖排热的能力一样好。这是很合理的。
ecfedele
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